Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы и сети связи с подвижными объектами. Лабораторный практикум
.pdf
Длина волны связана с несущей частотой соотношением
=
,
=10∙
=−10∙
4
,
=10∙
=−10∙
4
.
=
2
,
≫;
≫.
()
=
(
)
∙
,≥
≥
,
(1.15)
где с – скорость света.
Принимаемая антенной мощность в соответствии с (1.13) убывает с ростом
расстояния со скоростью 20 дБ в декаду, т.е. пропорционально множителю
Потери передачи в радиоканале (отношение принятой
мощностей
)
и излученной
(1.16)
Для изотропных антенн (коэффициент усиления каждой из них =1)
(1.17)
Предыдущие выражения верны только для дальней зоны (или зоны Фраунгофера). Граница дальней зоны определяется условием
.
(1.18)
где – наибольший размер антенны.
Дополнительным условием дальней зоны должно быть выполнение соотношений
На больших расстояниях при расчете напряженности поля в точке приема
иногда используют значение принимаемой мощности на некотором фиксиро-
ванном расстоянии −(). Тогда на ином расстоянии
(1.19)
Так как изменение уровня принимаемой мощности от расстояния очень
велико, используют отсчет мощности в дБмВт (дБ по отношению к 1 милли-
31
ватту) и дБВт (дБ по отношению к 1 ватту)
()
[
дБмВт
]
=10∙
(
)
1мВт
+20∙
,≥≥
,
()
[
дБВт
]
=10∙
(
)
1Вт
+20∙
.
эф=
,
=
эф
4∙
=
4∙
=
1
2
∙
||
120
,
Вт
м
,
()
=
∙
Э=
1
2
∙
||
120
∙
Э=
4
,Вт,
(
где
)
подставляетсявВт.
(1.20)
(1.21)
Опорное расстояние
обычно выбирается равным 100 м или 1 км для
связи вне зданий. Для радиоканалов внутри зданий типичное значение опорного
расстояния =1м.
Иногда в расчетах используется параметр – эффективная излучаемая
мощность (эквивалентная изотропная излучаемая мощность)
, которая по-
эф
казывает, во сколько раз плотность потока мощности в точке расположения
приемной антенны при излучении мощности
нии антенны с коэффициентом усиления
будет больше при использова-
по сравнению с изотропной антен-
ной.
Выражение
(1.22)
показывает максимальную излучаемую мощность в направлении максимального
излучения.
Плотность потока мощности на расстоянии от передающей антенны
(1.23)
где 120 Ом – характеристическое сопротивление свободного пространства.
– амплитуда электрического поля на расстоянии ,В м
⁄
.
Принимаемая мощность (мощность, перехватываемая приемной антенной
из падающей плоской волны)
(1.24)
где
– эффективная площадь поверхности антенны, м2.
Э
Эквивалентная схема приемной антенны, включенной на вход приемника,
показана на рис. 6. При условии согласования входного сопротивления антенны
32
и приемника =пр напряжение на входе последнего будет равно половине
()
=
2∙
=
4∙
,
=2()∙,В.
КЛ
ЭДС антенны. Действующее напряжение с принятой мощностью описывается
выражением
Рис. 6. Эквивалентная схема приемной антенны, включенной на вход
приемника
Напряжение на входе приемника определяется по формуле
1.2. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ЕГО ВЫПОЛНЕНИЮ
Таблица 4
Исходные данные для выполнения лабораторной работы
Параметры 1 2 3 4
Излученная мощность
,
20 19 15 22
Вт
Частота f, МГц 1880 5600 2460 930
Коэффициент усиления
антенны
, дБ
Коэффициент усиления
антенны
, дБ
Размерность кластера
15 17 20 19
2 1,8 1,5 3
9 6 7 5
Показатель затухания n 2 3 4 3
Радиус соты
, км
Протяженность трассы
1,5 0,8 2 3,5
(1.25)
(1.26)
33
ℎ
ℎ
Окончание табл. 4
Потери в фидере пере-
0,5 0,3 0,6 0,7
дающей и приемной антенн
Высота расположения
антенны БС
Высота расположения
антенны АС
=
, дБ
5 11 8 7
, м
30 25 33 40
, м
1. Рассчитать длину волны по варианту из табл. 4, заданному препода-
вателем. Для нахождения длины волны нужно воспользоваться соотношением
(1.15).
Найти границу дальней зоны антенны с максимальным размером =1м.
Для этого необходимо воспользоваться формулой (1.18).
Выбрать приемлемое значение опорного расстояния
2. Передатчик излучает мощность
, заданную в табл. 4.
.
- выразить излучаемую мощность в дБВт, воспользовавшись выражением
(1.21);
- выразить излучаемую мощность в дБмВт, воспользовавшись выраже-
нием (1.20);
- рассчитать принятую мощность
- при условии, что излучается мощность
мощность в дБмВт (1.20) в свободном пространстве на расстоянии
по формуле (1.13);
, вычислить принимаемую
;
- применяя формулу (1.19), рассчитать мощность на выходе приемной
антенны при использовании данных предыдущего пункта на расстоянии 10 км от
передающей антенны.
3. Излученная мощность
задана в табл. 4. Приемник расположен на
расстоянии d от передатчика, несущая частота равна f. Считать, что обе антенны
имеют коэффициенты усиления ,
. Данные для вычисления находятся в
табл. 4.
- найти мощность на выходе приемной антенны Р2 по формуле (1.16);
- выразить амплитуду электрического поля
||
вблизи приемной антенны
из выражения (1.24) и вычислить ее;
- по формуле (1.26) найти напряжение сигнала , приложенное ко входу
приемника, если выходное сопротивление антенны 50 Ом и она согласована с
приемником.
4. Моделирование мощности на входе AC (
вх
).
4.1. Запустить программу Maket.exe.
34
Рис. 7. Интерфейс программы Maket.exe
4.2. Внести необходимые данные для расчета (для каждой группы студентов параметры расчета уточнять у преподавателя), где:
– мощность передающей антенны (Вт);
– коэффициент усиления передающей антенны;
– коэффициент усиления приемной антенны;
– потери в фидере передающей антенны;
– потери в фидере приемной антенны;
– частота работы системы.
После введения всех значений будет рассчитана мощность на входе AC –
.
вх
4.3. Зафиксировать скриншоты интерфейса программы при различных
параметрах препятствия (не перекрывает линию прямой видимости, находится
на высоте линии прямой видимости или полностью перекрывает), используя
исходные данные, принятые при предварительных расчетах, и сделать выводы
(проанализировать):
- параметры, которые наибольшим образом влияют на
- назначение параметров и
.
вх
;
4.4. Определить относительную погрешность системы, применяя обычную
(1.10) и упрощённую (1.13) формулу (для упрощенной формулы
равны 0)
и
Погрешность=
|
обычная−упрощенная
|
∙100%.
обычная
35
1.3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
- цель работы;
- кратко описанное теоретическое содержание изучаемого явления;
- результаты выполнения экспериментальных исследований;
- выводы и необходимые пояснения по предыдущим пунктам, а также
объяснение расхождения результатов расчета и эксперимента.
1.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Дать определение понятию «интерференционная помеха».
2. Что такое зона освещенности?
3. На какие элементы можно разделить системы связи с подвижными
объектами?
4. Что такое сота?
5. Проиллюстрируйте прохождение лучей от передающей до приемной
антенны в области освещенности.
6. От чего зависит ослабление свободного пространства?
7. Каким образом напряжение на входе приемника зависит от принятой
мощности?
8. По какой формуле рассчитывается мощность сигнала от БС на входе
приемника АС?
9. Назовите основные параметры частотно-территориального планирования.
36
2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ℎ≫;
ℎ≫
СВХ
=
(
,)+
(,),
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ССПО
ПРИ ВЫСОКОПОДНЯТЫХ АНТЕННАХ
Цель работы:
1. Ознакомление с методами исследования энергетических показателей
ССПО при высокоподнятых антеннах.
2. Расчет энергетических показателей ССПО при высокоподнятых антеннах.
3. Формирование умения пользования автоматизированным калькулятором СПР.
2.1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
ССПО обычно работают в диапазоне ультравысоких частот (УВЧ).
Оценка энергетических показателей ССПО заключается в расчете уровня
мощности сигнала на входе приемника при различных условиях распространения радиоволн при высокоподнятых антеннах:
- для открытой линии радиосвязи в пределах зоны освещенности (прямой
видимости);
- с учетом кривизны земной поверхности, ограничивающей радиовидимость, без отражения радиоволн от земной поверхности и для двухлучевой
трассы с интерференции лучей.
Высокоподнятыми считаются передающая и приемная антенны при вы-
полнении условия
(2.1)
,
где ℎ,ℎ – высоты антенн; – рабочая длина волны.
На открытых трассах в зоне освещенности уровень мощности
(
)
,
(в дБ) сигнала от БС на входе приемника АС, определяемый формулой
ВХ
=
(1.12) (см. лабораторное занятие №1), зависит от протяженности трассы и
частоты.
На трассах с ограничением радиовидимости уровень мощности сигнала на
входе приемника (в дБ) равен
(2.2)
где (,
)
– множитель ослабления поля, позволяющий учесть влияние земной
поверхности и тропосферы на поле в точке приема.
37
Влияние земной поверхности может проявляться следующим образом:
Δ
()=−0.25
(1−),
- может появляться отраженная волна;
- неровности рельефа могут экранировать поле прямой волны;
- кривизна земной поверхности и неровности рельефа ограничивают расстояние прямой видимости (границы зоны освещенности, дальность радиогоризонта), которое определяется выражением (1.7) (см. лабораторное занятие №
1).
Для расчета множителя ослабления поля (,)строят профиль пролета
(рис. 8) в следующей последовательности:
- наносят линию прямой видимости AB;
- определяют самую высокую точку профиля С и ее координату
;
- находят просвет
– расстояние от самой высокой точки профиля до
линии прямой видимости. Пунктиром на рисунке 8 нанесена линия земной по-
верхности. Величина просвета
зависит как от рельефа местности, так и от
состояния тропосферы. Влияние тропосферы проявляется по следующим причинам:
- слоистые неоднородности тропосферы могут создавать отраженную
волну;
- изменение диэлектрической проницаемости тропосферы по высоте может вызывать искривление (рефракцию) траектории прямой волны;
- на частотах выше 10 ГГц энергия сигнала поглощается и рассеивается
гидрометеорами (частицами воды, каплями дождя в воздухе).
Рис. 8. Профиль пролета
Изменение просвета на трассе под воздействием атмосферной рефракции
связано с прохождением радиоволны по траектории 3 и оценивается величиной
приращения просвета
(2.3)
где =⁄ – относительная координата точки С; = ℎ
электрической проницаемости воздуха (≈−10×10м
38
⁄
– градиент ди-
).
()=
+Δ().
()=
()
⁄
,
=[
(1−)/3
]
.
.
(,)={1+Φ−2Φ
cos[
()
/3
]
}
.
=
10
.(,)
,
Градиент диэлектрической проницаемости – величина случайная и
имеет гауссовское распределение. Численные значения величин среднего зна-
чения и стандартного отклонении
для различных климатических районов
мира приведены в справочной литературе.
С учетом атмосферной рефракции просвет равен
(2.4)
Для классификации видов трасс используют относительный просвет
(2.5)
где
– радиус первой полузоны Френеля.
(2.6)
По величине относительного просвета ()различают следующие виды
трасс:
- закрытые при ()<0;
- полуоткрытые при <()<1;
- открытые при ()>1.
На открытых трассах для расчета радиоканала, как правило, применяют
двухлучевую модель. В таком случае поле в точке приема определяется интерференцией двух лучей (рис. 8): прямого 1 и отраженного 2 от точки С. Множи-
тель ослабления при ()≥1 (открытые трассы) определяется интерференци-
онной формулой
(2.7)
где Φ – модуль коэффициента отражения радиоволн от земной поверхности.
Величина множителя ослабления изменяется случайным образом при изменении диэлектрической проницаемости земной поверхности от максималь-
ного значения
по фазе, до минимального значения
=(1+Φ), когда прямая и отраженная волны складываются
=(1−Φ) при ()=(6)
.
, = 1, 2,
3..., когда эти волны противофазны. При этом возникают быстрые замирания
(фединг) сигнала, которые называются интерференционными.
При отражении от гладкой плоской поверхности модуль коэффициента
отражения Φ→1. Неровная поверхность в зоне формирования отраженного
луча (например, лес) определяет диффузный характер отражения, т.е. Φ≈0, и
отраженный от земной поверхности луч практически отсутствует.
39
При увеличении градиента диэлектрической проницаемости просвет на
трассе уменьшается, и трасса может стать полуоткрытой и даже закрытой
(<0). Препятствие экранирует поле основной волны. Множитель ослабления
уменьшается. Возникают рефракционные замирания из-за экранирующего действия препятствия. Это медленные замирания (фединг).
В беспроводной связи замирание (фединг) – это изменение замирания
сигнала в соответствии с различными параметрами (время, географическое положение, радиочастота и др.). Замирание может быть вызвано многолучевым
распространением, погодой (особенно дождем) или затенением от препятствий,
влияющих на распространение волны.
Существует довольно сильная зависимость замирания от высоты пути над
уровнем моря:
- на больших высотах меньше атмосферы, и поэтому эффект атмосферного
замирания меньше;
- при постепенном увеличении высоты на 1 километр необходимый запас
замирания уменьшается на 10 дБ.
Рис. 9. Диаграмма зависимости амплитуды от расстояния
для медленного и быстрого замирания
Рассмотрим различные виды замирания:
- Быстрое замирание – замирание, происходящее в тот момент, когда время
когерентности канала мало по сравнению с ограничением задержки канала.
Быстрое замирание вызывает быстрые колебания амплитуды и фазы сигнала,
если присутствуют изменения в радиосвязи (например, проезжающий мимо
автомобиль). Если передатчик или приемник движутся, то колебания происхо-
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]